Hacer un líquido con electrones es complicado, pero abre la puerta a la investigación en una amplia variedad de productos electrónicos. Los físicos de NC State han creado un diagrama de fases que puede ayudar a los investigadores a crear este líquido a temperatura ambiente, haciendo que sea mucho más fácil para todos estudiar.

El físico Alexander Kemper de NC State y el investigador postdoctoral Avinash Rustagi estudian lo que sucede cuando perturba los semiconductores excitando sus electrones con luz. Hacen esto para comprender mejor las propiedades de ese material e identificar materiales que podrían ser útiles en dispositivos electrónicos que van desde computadoras hasta dispositivos de detección médica y terapéuticos. Recientemente, publicaron un estudio que explica cómo crear un líquido de electrones y "huecos" a temperatura ambiente perturbando un tipo particular de material:dicalcogenuros de metales de transición monocapa (o TMDC).

¿Cómo se forma un líquido con un agujero de electrones? Simplemente pon, es como la transición de vapor a agua que ocurre cuando enfriamos el vapor por debajo de su punto de ebullición. La luz brillante sobre un semiconductor excita los electrones dentro de él, conocido como fotoexcitación. La fotoexcitación en un semiconductor crea una gran densidad de electrones y huecos (si un electrón se excita a un estado superior, deja un hueco en su estado anterior). Si estos portadores de carga fotoexcitados viven lo suficiente e interactúan fuertemente, se puede formar un líquido con agujeros de electrones (EHL).

Esto suena muy simple pero por lo general no lo es. Para formar, Los EHL generalmente requieren temperaturas criogénicas (alrededor de -238 grados Fahrenheit o -150 grados Celsius).

"Estas restricciones han obstaculizado la exploración del estado EHL para posibles aplicaciones en dispositivos optoelectrónicos y Valleytronic, ", dice Rustagi." Pero la aparición de TMDC ha permitido la observación reciente de EHL a temperatura ambiente y por encima de ella. De hecho, El grupo del físico Kenan Gundogdu de NC State está trabajando en ese sentido en este momento ".

Los TMDC son semiconductores con propiedades que interesan a cualquiera que busque hacer que la electrónica funcione de manera más rápida y eficiente. Los TMDC monocapa son semiconductores delgados, referidos como 2-D porque tienen aproximadamente una capa atómica de espesor. Cuando los materiales son tan delgados, Surgen nuevas propiedades físicas.

Kemper y Rustagi observaron la monocapa de disulfuro de molibdeno TMDC (MoS2), y trazó un diagrama de fases para su transición de un gas de pares de electrones-huecos a EHL. Su diagrama de fase incluye las condiciones requeridas - densidad de portadores de carga fotoexcitados y temperatura - para la formación de EHL, y puede servir como modelo para otros investigadores interesados ​​en estudiar semiconductores TMDC en el estado EHL.

"La vida útil inusualmente larga de los portadores fotoexcitados hace posible la formación de EHL a temperatura ambiente con una alta densidad de portadores fotoexcitados, "dice Rustagi." Esto abre vías para estudiar el EHL bajo diferentes efectos, como campos magnéticos o tensión, para posibles aplicaciones tecnológicas. Imagínese poder ajustar la propiedad de un material exponiéndolo a la luz. Con TMDC, la exposición a la luz de alta intensidad puede provocar EHL, cambiando efectivamente un semiconductor para que se comporte como un metal ".